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金属クロムは、高温での耐酸化性およびクリープ強度において、現用の耐熱ニッケル合金よりも優れた特性を有している。しかしながら、常温での延性に乏しいことが問題であり、これが実用化への大きな妨げになっている。
本研究の第一の目的は、クロムの脆化のメカニズムを調べることにある。第2の研究目的は、上記の理解に基づいて、合金元素による延性の改善を図ることにある。
平成5年度〜6年度の研究により、次のような成果を得た。
1.金属クロムの脆化の原因の一つとして、表面欠陥があることを三点曲げ試験ならびにスモ-ルパンチ試験から明らかにした。
2.金属クロムは著しい環境脆化を示すことが、本実験から初めてわかった。すなわち、湿った大気中で最も高い延性を示し、真空、酸素、窒素、水素の順に延性が低下する。また、金属クロムは、環境中に含まれている水分によって、高い延性を示すことが明らかになった。これは金属間化合物(例:FeAl)が水分の存在により、かえって脆化することとは正反対の結果であり、たいへん興味深い。この他、金属クロムの水素脆性を初めて観測した。
3.金属クロム中の各種合金元素の効果を系統的に調べた。その結果、バナジウムの添加が延性改善に最も有効であることが判明した。この他、これらクロム合金でも上記の金属クロムで観測した環境脆化現象が現れた。
4.これらの実験からクロムの脆化を抑えるには、試料の表面状態(酸化皮膜等)の制御が重要であることがわかった。
5.分子軌道法を用いて、金属クロム中の各種合金元素の電子状態を明かにした。
本研究により、金属クロムの延性化に有効な基本的な知見が得られた。
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